JP2008173642A - サーボプレス設備とその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】サーボモータでスライドを駆動しその位置をリアルタイムに制御可能なプレス装置10と、プレス装置にワークを搬入・搬出する搬送装置20と、搬送装置の動作軌跡上での位置を検出し、プレス装置を搬送装置と機械的に干渉しないように制御する制御装置40とを備える。制御装置40は、取り付けられた金型104及びスライドが搬送装置と機械的に干渉しないスライドの位置範囲を計算するスライド位置計算手段41を有し、このスライド位置計算手段により、機械的に干渉しないスライドの目標範囲を計算し、スライドの実際の位置が、目標範囲内に入るようにプレス装置を制御する。
【選択図】図1
Description
特許文献4の「サーボモータ駆動式リンクプレス」は、リンクプレス方式のサーボプレス装置を開示している。
特許文献5の「プレス機械」は、スクリュー方式のサーボプレス装置を開示している。
しかし、搬送のスループットを向上させようとするときに、従来技術では、プレス機械の動作が決まっているため、搬送装置の動作を速くする必要がある。そのため、搬送装置の駆動機構が大型化したり、搬送中のワークの速度・加減速度が大きくなるため、大きな空気抵抗や慣性力が搬送装置及びワークに加わり、搬送中のワーク保持が不安定になりワークを落とす可能性が大きくなる。
(2)また、金型と搬送装置との間のクリアランスを小さくし、スライドの動作と搬送装置の動作との間の待ち時間及び無駄時間を減らすことも行われるが、搬送装置に異常が発生して意図した動きをしなくなった場合に、プレス機械は継続して動作しようとするので、金型と搬送装置が機械的に干渉して破損する可能性が高くなる。
(3)また、何らかの異常が発生して搬送装置がプレス機械との追従状態から外れた位置で停止した場合、再び搬送装置がプレス機械に追従して運転再開できるようにするため、プレス機械の位置を基準として、追従可能な位置まで搬送装置を動かす必要がある(この動作を「復帰動作」と呼ぶ)。
復帰動作を行うときには正常運転中と異なる軌跡、異なる速度、異なる加速度で搬送装置が動くので、搬送装置がワークを把持している場合、ワークを取り落としたり、ワークに異常な力を加えてワークを損傷する可能性がある。
(4)特に特許文献2の場合、クランク軸の回転には微小なふらつきが生じていることが多く、搬送装置がそれに忠実に追従しようとして搬送装置の動作が滑らかでなくなるため、搬送中のワークを落としてしまう可能性が高くなる。
該スライド位置計算手段により、検出された搬送装置の位置に対しスライドの前記干渉しない位置又は位置範囲を計算し、これを目標位置又は目標範囲として、スライドの実際の位置が、目標位置に一致する、もしくは目標範囲内に入るようにプレス装置を制御する。
搬送装置の動作軌跡上での位置を間欠的又は連続的に検出しプレス装置を搬送装置と機械的に干渉しないように制御する、ことを特徴とするサーボプレス設備の制御方法が提供される。
搬送装置の検出された位置に対して、取り付けられた金型及び付属物を含むスライドが搬送装置と機械的に干渉しないスライドの位置又は位置範囲を計算するスライド位置計算ステップと、
計算されたスライドの前記干渉しない位置又は位置範囲を目標位置又は目標範囲として、スライドの実際の位置が、目標位置に一致する、もしくは目標範囲内に入るようにプレス装置を制御するサーボプレス制御ステップとを有する。
搬送装置20は、プレス装置10にワーク1を搬入及び搬出する装置である。
制御装置40は、搬送装置20を制御し、搬送装置20の動作軌跡上での位置を間欠的又は連続的に検出し、プレス装置10を制御する制御装置である。
制御装置40は、搬送装置20の検出された位置に対して、取り付けられた金型(上金型104)及び付属物を含むスライド103が搬送装置20と機械的に干渉しないスライド103の位置又は位置範囲を計算するスライド位置計算手段41を有する。
このスライド位置計算手段41により、検出された搬送装置20の位置に対しスライド103の干渉しない位置又は位置範囲を計算し、これを目標位置又は目標範囲として、スライド103の実際の位置が、目標位置に一致する、もしくは目標範囲内に入るようにプレス装置10を制御する。
本発明の制御方法では、搬送装置20の動作軌跡上での位置を間欠的又は連続的に検出し、プレス装置10を搬送装置20と機械的に干渉しないように制御する。
搬送位置検出ステップS1では、搬送装置20の動作軌跡上での位置を間欠的又は連続的に検出する。
スライド位置計算ステップS2では、搬送装置20の検出された位置に対して、取り付けられた金型(上金型104)及び付属物を含むスライド103が搬送装置20と機械的に干渉しないスライド103の位置又は位置範囲を計算する。なお、付属物とは、ダイクランパや配管などスライドに取り付けられていてスライドと一緒に動くもののことである。
サーボプレス制御ステップS3では、計算されたスライド103の干渉しない位置又は位置範囲を目標位置又は目標範囲として、スライドの実際の位置が、目標位置に一致する、もしくは目標範囲内に入るようにプレス装置10を制御する。
スライド駆動機構102としては、クランク方式、クランクレス方式、ナックル方式、リンク方式、スクリュー方式などがあり、例えば、特許文献3〜5に開示されている。
メインモータ101としては、誘導モータ、同期モータ、直流モータ等が使用可能である。また本発明では、制御性の優れたサーボモータを使用する。スライド103の位置を検出するために、メインモータ101の回転角を検出するエンコーダ121が設けられている。
ワーク1を把持するためのワーク把持ツール201は、多軸ロボット202のアーム先端部203に取り付けられている。多軸ロボット202の各動作軸はモータ(図示せず)により駆動されており、ロボットコントローラ221から指令が与えられると、各動作軸のモータが適切に回転して、アーム先端部203の位置・姿勢を任意に動かすことができる。
ワーク把持ツール201としては、ワーク1を真空吸着する吸盤を取り付けたクロスバーや、ワーク1をはさみこむフィンガーなどが使用される。
例えば、モータをIGBTやパワートランジスタを使用したPWM方式のアンプでモータを速度及びトルク可変に駆動し、モータの回転角を光学式エンコーダやパルスジェネレータで測定し、位置偏差を打ち消すようにフィードバック制御を行うクローズドループ方式を用いる。
上述したスライド位置計算手段41は、スライド位置指令生成器141に内蔵されており、このスライド位置計算手段41により、検出された搬送装置20の位置に対しスライド103の干渉しない位置又は位置範囲を計算する。
さらにロボットコントローラ221からスライド位置指令生成器141へ、多軸ロボット202が動作軌跡上のどの目標点(詳細は以下で説明)に到達したかを示す目標点到達信号241を送るようになっている。
図3に示すように、動作軌跡は分割して目標点の列としてロボットコントローラ221に記憶されており、ロボットコントローラ221は、目標点1→目標点2→目標点3→…と順々にたどっていくように多軸ロボット202のモータを制御する。
多軸ロボット202の動きと、アーム先端部203の位置及び姿勢と、ワーク把持ツール201の位置及び姿勢は、一定の関係を保っているので、以上のように多軸ロボット202が動作軌跡上を目標点1→目標点2→目標点3→と順々に移動させることにより、ワーク把持ツール201もある軌跡(動作軌跡から一意に決まる)上を移動する。
搬送装置20の動作を基準として、プレス装置10を以下のように追従動作させる。
ロボットコントローラ221からスライド位置指令生成器141へ、多軸ロボット202が目標点1に到達したことを示す目標点到達信号241が送られてくると、スライド位置指令生成器141は目標位置1をメインモータ制御器122へ出力する。
次に、多軸ロボット202が目標点2に到達したことを示す目標点到達信号241が送られてくると、目標位置2をメインモータ制御器122へ出力する。さらに、多軸ロボット202が目標点3に到達したことを示す目標点到達信号241が送られてくると、目標位置3をメインモータ制御器122へ出力する。
スライド位置指令生成器141に多軸ロボット202が到達した最新の目標点(目標点Yと記述する)を記憶する機能を設けておき、スライド位置指令生成器141は目標点Yに対応する目標位置Yをメインモータ制御器122へ出力する。搬送装置20(多軸ロボット202)を停止させたまま、プレス装置10のスライド103を目標位置Yへ動かす。スライド103が目標位置Yへ移動したら、搬送装置20を再起動させることにより、再びプレス装置10が搬送装置20に追従動作する。
同様に、復帰動作においても、目標位置Yのかわりに目標位置Yと目標位置Y+1の間の適当な点(もしくは目標位置Y+1)を目標位置とすることが可能である。
ワーク搬入用搬送装置がワークをプレスに搬入している時間帯にはプレス装置10は搬入用搬送装置の動作に追従し、搬入用搬送装置の動作軌跡上の目標点に対応してスライド目標位置を決める。ワーク搬出用搬送装置がワークをプレスから搬出している時間帯にはプレス装置10は搬出用搬送装置の動作に追従し、搬出用搬送装置の動作軌跡上の目標点に対応してスライド目標位置を決める。
この図に示すように、本発明のサーボプレス設備は、プレス装置10、搬送装置30、及び制御装置40を備える。
搬送装置30は、プレス装置10にワーク1を搬入及び搬出する装置である。
制御装置40は、搬送装置30を制御し、搬送装置30の動作軌跡上での位置を間欠的又は連続的に検出しプレス装置10を制御する制御装置である。
制御装置40は、搬送装置30の検出された位置に対して、取り付けられた金型(上金型104)及び付属物を含むスライド103が搬送装置30と機械的に干渉しないスライド103の位置又は位置範囲を計算するスライド位置計算手段41を有する。
このスライド位置計算手段41により、検出された搬送装置30の位置に対しスライド103の干渉しない位置又は位置範囲を計算し、これを目標位置又は目標範囲として、スライド103の実際の位置が、目標位置に一致する、もしくは目標範囲内に入るようにプレス装置10を制御する。
上述したスライド位置計算手段41は、スライド位置許容範囲計算器131に内蔵されている。
搬送装置位置指令生成器343は、フィードのモーションカーブに基づき、搬送マスター信号342に対応するフィード位置指令値を計算し、フィードモータ制御器322へ出力する。また、リフトのモーションカーブに基づき、搬送マスター信号342に対応するリフト位置指令値を計算し、リフトモータ制御器325へ出力する。
搬送装置30を異なる動作状態で動かしたいときは、搬送マスター信号発生器341が発生する搬送マスター信号342の時間に対する変化パターンを変える。
例えば、搬送装置のサイクルタイムを変化させたい場合には、図7(A)に示すように毎周期ごとに1周期の時間を変化させたり、図7(B)に示すように搬送マスター信号342の変化レートを連続的に変化させることにより実現できる。搬送装置30を一時的に停止させたい場合には、図7(C)に示すように、搬送マスター信号342の変化レートをゼロにすれば、フィード方向位置指令値・リフト方向位置指令値は変化しなくなり、搬送装置30は停止する。
搬送装置30を動作軌跡に沿って逆転したい場合には、図7(D)に示すように、搬送マスター信号342を減少させればよい。
フィードエンコーダ321とリフトエンコーダ324で測定されたフィードとリフトの位置は搬送装置位置計算器351に入力される。搬送装置位置計算器351は、搬送装置の機構的寸法(キャリッジ302の駆動機構やワーク把持ツール301の機構的寸法や相互の位置関係)に基づいて、時々刻々の搬送装置位置を計算し、搬送装置位置信号352としてスライド位置許容範囲計算器131へ出力する。
搬送装置位置としては、搬送装置上の適当なポイント、例えばキャリッジ位置やワーク把持ツール位置を使用することができる。搬送装置上の複数のポイントを複合して、例えばキャリッジ位置とワーク把持ツール位置をペアにして搬送装置位置としてもよい。
すなわちスライド位置許容範囲計算器131は、搬送装置位置信号352で示される搬送装置位置に対し、スライド103及びそれに固定されている上金型104(もしスライド103といっしょに動く他の付属物があればそれも含め)が機械的に干渉しないスライド103の位置の範囲を計算し、スライド位置許容範囲信号132としてスライド位置指令生成器141へ出力する。
ワーク把持ツール301としては、ワーク1を真空吸着する吸盤を取り付けたクロスバーや、ワーク1をはさみこむフィンガーなどが使用できる。
搬送装置30が動作するにつれ、搬送装置位置計算器351から搬送装置位置信号352がスライド位置許容範囲計算器131へ入力される。例えば、搬送装置位置信号352としてキャリッジ302のフィード位置・リフト位置を用いるものとすると、スライド位置許容範囲計算器131は、図8に示すように、時々刻々のキャリッジ302のフィード位置・リフト位置に対して、搬送装置30とプレス装置10が機械的に干渉しないようなスライド103の位置を計算しスライド位置許容範囲信号132として出力する。
例えば、ワーク1をプレス成型するためにスライド103が下降中であるが上金型104がワーク1にまだ接触していない間は、できるだけ高速で下降することが望ましいので、図9(A)に示すように、もしスライド103の位置がスライド位置許容範囲内であればメインモータ101の性能が許す限りできるだけ高速にスライド103を下降させるようなスライド位置指令値B1とし、もしスライド103の位置がスライド位置許容範囲の下限に引っかかるのであれば、スライド位置許容範囲の下限をスライド位置指令値B2とすればよい。スライド103の位置がスライド位置許容範囲の上限に引っかかる場合は、異常と考えられ、搬送装置30をすぐに停止する異常処理を行えばよい。
また図9(A)又は図9(C)と同様、もしスライド103の位置がスライド位置許容範囲の下限もしくは上限に引っかかるのであれば、スライド位置許容範囲の下限もしくは上限をスライド位置指令値とすればよいが、プレス成型加工中には搬送装置30はプレス装置10と干渉しない位置にいることが普通であり、普通はスライド103の位置がスライド位置許容範囲の下限もしくは上限に引っかかることはない。
搬入用搬送装置がワークをプレスに搬入している時間帯は、スライド位置許容範囲計算器131への入力として、搬入用搬送装置からの搬送装置位置信号を用い、搬出用搬送装置がワークをプレスから搬出している時間帯は、スライド位置許容範囲計算器131への入力として、搬出用搬送装置からの搬送装置位置信号を用いる。
第1、第2実施形態ではプレス機械と搬送装置が1台ずつの場合を示したが、以下のようにすることにより、複数のプレス機械と搬送装置で生産ラインを構成する場合にも本発明を適用可能である。
いずれの場合にも、各搬送装置、各プレス機械は、一台ずつ異なる動作軌跡・スライド移動軌跡で動かすことが可能である。
10 プレス装置(サーボプレス装置)、
20,30 搬送装置、
40 制御装置、
41 スライド位置計算手段
Claims (4)
- サーボモータでスライドを駆動しその位置をリアルタイムに制御可能なプレス装置と、該プレス装置にワークを搬入及び/又は搬出する搬送装置と、該搬送装置の動作軌跡上での位置を間欠的又は連続的に検出し、該プレス装置を搬送装置と機械的に干渉しないように制御する制御装置とを備える、ことを特徴とするサーボプレス設備。
- 前記制御装置は、搬送装置の検出された位置に対して、取り付けられた金型及び付属物を含むスライドが搬送装置と機械的に干渉しないスライドの位置又は位置範囲を計算するスライド位置計算手段を有し、
該スライド位置計算手段により、検出された搬送装置の位置に対しスライドの前記干渉しない位置又は位置範囲を計算し、これを目標位置又は目標範囲として、スライドの実際の位置が、目標位置に一致する、もしくは目標範囲内に入るようにプレス装置を制御する、ことを特徴とする請求項1に記載のサーボプレス設備。 - サーボモータでスライドを駆動しその位置をリアルタイムに制御可能なプレス装置と、該プレス装置にワークを搬入及び/又は搬出する搬送装置とを備えたサーボプレス設備の制御方法であって、
搬送装置の動作軌跡上での位置を間欠的又は連続的に検出しプレス装置を搬送装置と機械的に干渉しないように制御する、ことを特徴とするサーボプレス設備の制御方法。 - 搬送装置の動作軌跡上での位置を間欠的又は連続的に検出する搬送位置検出ステップと、
搬送装置の検出された位置に対して、取り付けられた金型及び付属物を含むスライドが搬送装置と機械的に干渉しないスライドの位置又は位置範囲を計算するスライド位置計算ステップと、
計算されたスライドの前記干渉しない位置又は位置範囲を目標位置又は目標範囲として、スライドの実際の位置が、目標位置に一致する、もしくは目標範囲内に入るようにプレス装置を制御するサーボプレス制御ステップとを有する、ことを特徴とする請求項3に記載のサーボプレス設備の制御方法。
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